阵列电极技术研究水线区金属腐蚀及涂层剥离过程

【摘要】应用阵列电极（WireBeamElectrode）技术测量了碳钢在3.5%NaCl溶液中的电流分布以及人工破损涂层在3.5%NaCl溶液中的电流分布和电化学阻抗。研究了碳钢在水线区的腐蚀机理和破损涂层在水线区的剥离机理。用电极材料为Q235普通碳钢（Ф=1.6mm）的11×11矩阵电极，研究碳钢在水线区的腐蚀过程。结果表明，其电流分布随浸泡时间发生变化。浸泡起始时，阴极与阳极电流交叉分布，阴极区与阳极区未有明显界限，但从宏观来看，自水线向下，阳极电流呈逐渐增大趋势，已表现出宏观氧浓差电池的特征。水线腐蚀发展阶段，形成了以水线附近为阴极，水线下为阳极的氧浓差电池。水线上阴极反应速度的不断增加，推动水线附近腐蚀反应逐渐加速，加速了整个金属的腐蚀速度。水线腐蚀稳定阶段，水线上成为电极表面主要的阴极反应区域，腐蚀速度处于稳定状态。用电极材料为Q235普通碳钢（1cm×1cm）的6×20矩阵电极，研究碳钢在水线区的腐蚀过程。结果表明，浸泡起始阶段，自水线向下，阴极和阳极反应区域相互交叉，腐蚀产物有逐渐增多的趋势，电极底部的阳极电流较大，表现出了宏观氧浓差电池的特征。水线腐蚀发展阶段，电极表面的阴极区与阳极区分布集中，水线附近为阴极，紧邻阴极以下的区域为阳极，腐蚀速率逐渐减慢，腐蚀产物由下到上逐渐向水线处发展。更换新鲜电解质溶液后，电极表面紧密层内的氧浓度骤然上升，加速了整个金属的腐蚀反应速度，但很快，腐蚀电流便回落，阴极区逐渐上移至先前稳定的状态。除更换电解质溶液后的一小段时间，电流分布与腐蚀速率在大部分时间里比较稳定，水线处始终是整个电极表面主要的阴极反应区域，腐蚀稳定期间，阴极主要在5-7行间波动（水线位于第5行）。大面积阵列电极的水线下部分长达30cm，与小面积电极对比，可以看出浸泡面积的不同对水线下金属腐蚀的影响。此外，实验中发现，大面积电极的水线上部分未有明显阴极电流出现，说明水线上电极表面的薄液膜较薄，未顺利参与水线腐蚀。与小电极相比，大电极水线上薄液膜未能起到加速水线下金属腐蚀的作用，尤其在腐蚀发展期，大、小电极存在明显不同：小电极的腐蚀速率逐渐增加，而大电极的腐蚀速率除更换电解质溶液期间，均较平稳。由此可以对比印证薄液膜对加速金属腐蚀有重要作用。通过研究水线下两电极的电流分布可以发现，水线下电极腐蚀速率随浸泡深度发生变化，腐蚀速率极大值的位置与电极长度有关。用电极材料为Q235普通碳钢（Ф=1.6mm）的11×11矩阵电极，表面涂装醇酸铁红清漆，溶液凹液面位于电极第4行中间处。将水线下电极第9行中间三根丝表面的涂层划破，研究破损涂层在水线区的剥离过程。结果表明，浸泡前期，人工破损处有明显的阴极和阳极电流，涂层自然条件下存在的缺陷处呈阴极电流。随着浸泡时间增加，阴极电流主要在破损处和缺陷处附近发展，其中缺陷处附近的阴极电流由缺陷处向水线方向发展。浸泡后期，破损处的阳极电流进一步增大，其他区域基本呈阴极电流，但个别单根丝出现电流由阴极变为阳极的现象。较早出现阴极电流的区域，其涂层阻抗率先降低，涂层鼓泡先出现在这些区域，这也说明此剥离过程为阴极剥离。水线上涂层阻抗较同时期水线下涂层阻抗大，水在水线上涂层内渗透速度缓慢，涂层剥离速度较水线下慢。用上述表面涂有醇酸铁红清漆的电极，在水线处中间三根丝表面进行人工破损，研究破损涂层在水线区的剥离过程。结果表明，浸泡起始时，破损处电极间形成腐蚀电池，在前64天的浸泡中，破损处始终存在较大阴极电流。随着浸泡时间增加，阴极电流主要围绕破损处发展，同时，水线下其他区域也有阴极电流点出现。浸泡后期，伴随着涂层剥离的进一步发展，破损处电极的阴极电流变为阳极电流，其他区域亦有个别单根丝的阴极电流变为阳极电流。出现阴极电流的区域与未出现阴极电流的区域相比，涂层阻抗较小，涂层鼓泡的顺序与阴极电流出现的顺序相一致。与水线下破损涂层相比，水线处破损涂层的剥离速度较慢，这是由于水线处破损电极的阴极还原能力强，阳极电流较小造成的。此外，电极表面形貌也有明显不同，水线下破损涂层在水线上鲜有鼓泡点，而水线处破损涂层在水线附近的鼓泡点主要位于水线处和水线上。出现此差异的原因可能是，破损电极对周围涂层有加速破坏的作用，周围涂层的水渗透过程会更容易，加之水线处及水线上电极的阴极还原能力强，加速了阴极剥离过程。
【作者】陈亚林；
【导师】王佳；张伟；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，硕士
【关键词】水线区；电流分布；金属腐蚀；涂层剥离；

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